Cesium之Web Workers

1. 引言

多线程是编程中常用的方法，例如，在桌面程序中，主线程一般是UI线程，负责UI绘制与用户交互，而运算处理往往是交给背后的工作线程，这样可以有效避免交互时的卡顿感

浏览器是多进程的，每打开一个网页，都会开启一个渲染进程，渲染进程包含：

GUI渲染线程 (有且只有一个)
JS引擎线程 (有且只有一个)
事件触发线程
定时器触发线程
异步http请求线程

其中，JS引擎线程就是解析JS代码的线程，由于JS引擎线程有且只有一个，所以JS代码执行是单线程的（笔者注：异步函数是使用任务队列实现的，除非调用了其他线程的函数，如定时器等，不然异步函数还是单线程执行的）

GUI渲染线程与JS引擎线程是互斥的，且JS引擎线程会先执行，如果JS代码卡住会导致GUI绘制卡住

有关浏览器架构与原理，可以参考：

Web Workers就是创建JS代码执行的线程，使得JS代码执行能以多线程的方式执行，避免JS引擎线程卡住

有关Web Workers的解释可以参考：

本文描述浏览器中的Web Workers并基于Cesium源码进行举例

2. Web Workers

通常而言，Web Workers包含：

专用线程（Dedicated Workers）
共享线程（Shared Workers）
后台线程（Service Workers）等

这里主要是记述通常使用的专用线程（Dedicated Workers）

Web Worker的大致的使用方法如下：

（在主线程里）创建一个Web Worker：

const worker = new Worker('WebWorkerTest.js')

WebWorkerTest.js是Web Worker执行的JS代码文件
加载Web Worker执行的JS代码文件需要使用HTTP或HTTPS协议，即，需要搭建网络服务器

（在主线程里）向创建的Web Worker发送数据：

worker.postMessage([2, 3])

（在子线程Web Worker，即WebWorkerTest.js中）接收主线程的数据、处理并发送给主线程：

onmessage = function(e) {

    console.log('Message received from main script')

    const workerResult = e.data[0] * e.data[1]

    console.log('Posting message back to main script')

    postMessage(workerResult)

}

（在主线程里）接收Web Worker发送的数据：

worker.onmessage = (e) => {

      console.log("Result:", e.data)

    }

综上，此处创建了两个文件：WebWorkerTest.js和WebWorkerTest.html

WebWorkerTest.html代码如下：

<body>

  <script>

    const worker = new Worker('WebWorkerTest.js')

    worker.postMessage([2, 3])

    worker.onmessage = (e) => {

      console.log("Result:", e.data)

    }

  </script>

</body>

WebWorkerTest.js代码如下：

onmessage = function(e) {

    console.log('Message received from main script')

    const workerResult = e.data[0] * e.data[1]

    console.log('Posting message back to main script')

    postMessage(workerResult)

}

运行结果如下（使用VS Code和Live Server插件）：

更详细的Web Worker的使用方法，可以参考以下文档：

3. Cesium中的Web Workers

Cesium源码中，对Web Workers进行了封装，封装为TaskProcessor

源码中给出的TaskProcessor使用示例为：

const taskProcessor = new Cesium.TaskProcessor('myWorkerPath');

const promise = taskProcessor.scheduleTask({

    someParameter : true,

    another : 'hello'

});

if (!Cesium.defined(promise)) {

    // too many active tasks - try again later

} else {

    promise.then(function(result) {

        // use the result of the task

    });

}

查看源码，可以知道taskProcessor.scheduleTask()函数为：

TaskProcessor.prototype.scheduleTask = function (parameters, transferableObjects) {

  // ...

  this._worker = createWorker(this);

  return Promise.resolve(canTransferArrayBuffer()).then(function (

    canTransferArrayBuffer

  ) {

    processor._worker.postMessage(

      {

        id: id,

        parameters: parameters,

        canTransferArrayBuffer: canTransferArrayBuffer,

      },

      transferableObjects

    );

    return deferred.promise;

  });

};

createWorker()函数为

function createWorker(processor) {

  const worker = new Worker(getBootstrapperUrl());

  worker.postMessage = defaultValue(

    worker.webkitPostMessage,

    worker.postMessage

  );

  // ...

  return worker;

}

不难看出，Cesium中将Web Workers封装成了Promise，既有操作Promise的优雅，又有调用Web Workers带来的多线程优势

例如，在Scene\Primitive.js中，使用TaskProcessor创建Geometry：

先是使用createGeometry.js的文件名创建TaskProcessor：

if (!defined(createGeometryTaskProcessors)) {

    createGeometryTaskProcessors = new Array(numberOfCreationWorkers);

    for (i = 0; i < numberOfCreationWorkers; i++) {

        createGeometryTaskProcessors[i] = new TaskProcessor("createGeometry");

    }

}

然后创建promise数组：

promises.push(

    createGeometryTaskProcessors[i].scheduleTask(

        {

            subTasks: subTasks[i],

        },

        subTaskTransferableObjects

    )

);

最后使用Promise.all方法执行所有任务并等待结果返回：

Promise.all(promises)

    .then(function (results) {

    primitive._createGeometryResults = results;

    primitive._state = PrimitiveState.CREATED;

})

    .catch(function (error) {

    setReady(primitive, frameState, PrimitiveState.FAILED, error);

});

4. 参考资料

[1] Web Workers API - Web API 接口参考 | MDN (mozilla.org)

[2] Web Worker 使用教程 - 阮一峰的网络日志 (ruanyifeng.com)

[3] Cesium原理篇：4Web Workers剖析 - fu*k - 博客园 (cnblogs.com)

[4] 浏览器的进程与线程--深入同步、异步问题 - 知乎 (zhihu.com)

[5] Web Worker 之全面讲解 - 知乎 (zhihu.com)

[6] 使用 Service Worker - Web API 接口参考 | MDN (mozilla.org)